基于Arcgis的丹江口庫區(qū)地貌暈渲圖制作

劉宇　雷歡

摘 要：地貌暈渲圖是直觀反映地形地貌的有效手段。地貌暈渲圖制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括地貌暈渲的生成技術(shù)、生產(chǎn)流程和表達(dá)形式。本文首先研究了地貌暈渲的基本理論，在此基礎(chǔ)上探索了地貌暈渲圖的制作方法，并以丹江口水庫區(qū)域?yàn)槔?，使用免費(fèi)的ASTER DEM作為數(shù)據(jù)源，在Arcgis平臺下制作地貌暈渲圖，并對制作地貌暈渲圖中采用的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了比較分析。

關(guān)鍵詞：地貌暈渲；ArcGIS；DEM

地貌暈渲是地圖制圖中地形的一種傳統(tǒng)的表現(xiàn)方式，以前傳統(tǒng)制圖都是由專業(yè)人員手工繪制。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字地貌暈渲技術(shù)得到了快速發(fā)展，從傳統(tǒng)的手工制作發(fā)展到計算機(jī)自動化制作[ 1 ]。

數(shù)字高程模型（DEM），是我國測繪“4D”產(chǎn)品之一。DEM數(shù)據(jù)通過一定的算法，能夠轉(zhuǎn)換為各種形式的專題圖產(chǎn)品[ 2 ]，可用于制作坡度坡向圖、地形地貌暈渲圖等。本文基于DEM制作丹江口庫區(qū)的地形地貌暈渲圖。

1 設(shè)計思路

本文以丹江口水庫區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域，制作丹江口水庫區(qū)域的地貌暈渲圖。

丹江口水庫區(qū)域的地貌暈渲圖制作的思路是：獲取免費(fèi)的ASTER30米DEM數(shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)處理，山影數(shù)據(jù)生成，DEM渲染與山影數(shù)據(jù)疊加，參數(shù)分析，相關(guān)流程為：

DEM數(shù)據(jù)獲取→DEM數(shù)據(jù)處理→山影數(shù)據(jù)生成→DEM的渲染與山影的疊加→參數(shù)分析。

2 生成地貌暈渲圖

DEM數(shù)據(jù)獲取與處理：不同精度DEM數(shù)據(jù)的選取取決于制圖比例尺的大小，例如全國林地專題圖可選擇90m分辨率的DEM，隨著DEM精度的增加，地形的立體效果越好，數(shù)據(jù)量也會變大。目前，免費(fèi)的DEM數(shù)據(jù)主要有SRTM、ASTER、GDEM等產(chǎn)品。本文選擇免費(fèi)的ASTER 30m DEM數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，下載后，使用Arcmap的Mosaic工具進(jìn)行拼接，拼接后得到丹江口水庫區(qū)域30m分辨率DEM。

山影數(shù)據(jù)生成：丹江口水庫區(qū)域30m分辨率DEM拼接之后，對其制作山影來實(shí)現(xiàn)立體效果。在Arcmap的3D Analyst Tools工具箱中，使用Hillshade工具生成帶有立體效果的山影。

Hillshade工具的主要參數(shù)有：Altitude（太陽高度角），Azimuth（太陽方位角）、Z factor（垂直比例尺）。

太陽高度角的范圍為0～90、默認(rèn)值為45，太陽方位角的范圍為0～360，默認(rèn)值為315。垂直比例尺的默認(rèn)值為1。A圖為方位角225°，高度角45°，垂直比例尺1下的山影效果，B圖位方位角225°，高度角70°，垂直比例尺2下的山影效果，對比兩圖，B圖光照角度增加，整體色調(diào)偏黑；垂直比例尺增大，山脊突出明顯。經(jīng)過多次試驗(yàn)與調(diào)整，本文確定Hillshade工具的參數(shù)為方位角225°，高度角50°，垂直比例尺1.3。

DEM的渲染與山影疊加：在Arcmap中加載丹江口DEM數(shù)據(jù)和山影柵格數(shù)據(jù)，調(diào)整圖層順序使DEM疊加到山影柵格上，設(shè)置DEM圖層的透明度屬性使山影可見。一般情況下山影使用黑白過渡的色帶進(jìn)行渲染，DEM則選擇彩色色帶進(jìn)行渲染。

地貌暈渲圖的制作需充分考慮數(shù)據(jù)及地形的情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和試驗(yàn)。C圖、D圖是DEM彩色色帶不同分級和不同透明度的疊加效果圖：顏色分級級別越高，顏色越細(xì)膩，反映的細(xì)節(jié)越突出，但是對于大比例尺地形暈渲圖制作，需要綜合考慮總體與局部，既能反映整體的特點(diǎn)，又能突出局部的層次感。透明度的選取需考慮圖面的美觀，清晰度等要素。經(jīng)過多次試驗(yàn)，本文將DEM數(shù)據(jù)按照紅黃綠色系由淺到深，制作彩色分層圖，分9級，透明度30%。

3 參數(shù)分析

地形暈渲圖的制作的取決于幾項參數(shù)的設(shè)定：

3.1 太陽高度角

太陽高度角是制作山影的重要參數(shù)，太陽高度角的的大小決定山影的范圍。太陽高度角過低，則山影的陰影面積大，太陽高度角過高，地形地貌的展現(xiàn)效果不好。

一般來說，地形地貌平緩的，可降低太陽高度角；地形地貌陡峭的，可采用較高的太陽高度角。丹江口水庫區(qū)域具有地形起伏多變、高差懸殊、氣候明顯的地貌特征，由于地貌的多樣化，為了突出表現(xiàn)山地的起伏效果，綜合考慮，采用50°的光照高度。

3.2 垂直比例尺

垂直比例尺是對地形地貌的拉升。如果山脊過于圓滑，不提高垂直比例尺則不能很好的體現(xiàn)地貌效果。因此，在地形地貌平緩的區(qū)域，增大垂直比例尺有利于突出地形地貌特點(diǎn)；在地形地貌陡峭的區(qū)域則不適合使用大的垂直比例尺。基于丹江口水庫區(qū)域地形起伏多變的特點(diǎn)，最終選用了1.3的垂直比例尺。

3.3 DEM顏色分級

DEM彩色色帶分級顯示，可以突出高程的變化，增加視覺效果。為了突出丹江口水庫區(qū)域高度的漸變層次，選擇紅黃綠色系由淺到深，制作彩色分層圖，共分9級。

4 總結(jié)

本文以丹江口為例，介紹了地形暈渲圖的制作流程，并使用ASTER 30米DEM數(shù)據(jù)，在Arcgis平臺下制作地貌暈渲圖，并對制作地貌暈渲圖中采用的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了比較分析。對于幾項地形暈渲圖制作的參數(shù)需結(jié)合數(shù)據(jù)以及當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c(diǎn)，在不斷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，才能得到最佳的圖面效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 仲佳，王永，張立國.利用DEM制作暈渲圖的方法討論[A].2009全國測繪科技信息交流會暨首屆測繪博客征文頒獎?wù)撐募痆C].2009年.

[2] 李志林，朱慶.數(shù)字高程模型[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，2000.

作者簡介：

劉宇（1993-），男，四川中江縣人，本科在讀，測繪工程專業(yè)。